Tính chất cơ học của bê tông geopolymer sử dụng tro bay gia cường sợi poly-propylene

Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của sợi poly-propylene đến các tính chất của bê tông geopolymer. Sợi poly-propylene với hàm lượng 0.5% - 1.5% theo thể tích và tỷ lệ chiều dài trên đường kính sợi từ 100 đến 500 được sử dụng trong nghiên cứu này. Bê tông geopolymer hoạt hóa từ tro bay đạt cấp độ bền B25.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính chất cơ học của bê tông geopolymer sử dụng tro bay gia cường sợi poly-propylene VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER SỬ DỤNG TRO BAY GIA CƯỜNG SỢI POLY-PROPYLENE TS. PHAN ĐỨC HÙNG Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh TS. LÊ ANH TUẤN Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của 0.0031, mô đun đàn hồi thay đổi từ 21.32 GPa - sợi poly-propylene đến các tính chất của bê tông 26.1GPa và hệ số Poisson đạt từ 0.12 - 0.152. geopolymer. Sợi poly-propylene với hàm lượng 0.5% - 1.5% theo thể tích và tỷ lệ chiều dài trên Từ khóa: Sợi poly-propylene, bê geopolymer, tro bay, dung dịch hoạt hóa. đường kính sợi từ 100 đến 500 được sử dụng 1. Giới thiệu trong nghiên cứu này. Bê tông geopolymer hoạt Nghiên cứu đặc tính cơ học của bê tông geopolymer đã được nhiều tác giả thực hiện và so sánh với bê tông xi măng nhằm ứng dụng vật liệu này trong nhiều công trình. Đặc tính của bê tông geopolymer có các tính chất về cường độ, khả năng lưu biến và mối quan hệ giữa ứng suất biến dạng gần như tương đồng với bê tông xi măng [1-4]. Các nghiên cứu ứng dụng một số loại sợi khác nhau thêm vào trong bê tông geopolymer để xem xét các ứng xử cơ học của bê tông nền và sợi như trên hình 1. hóa từ tro bay đạt cấp độ bền B25. Kết quả cho thấy sợi poly - propylene làm giảm độ linh động của hỗn hợp bê tông. Hàm lượng sợi, chiều dài sợi và tỷ lệ giữa chiều dài trên đường kính sợi ảnh hưởng nhiều đến tính chất của bê tông. Tính chất cơ học của bê tông geopolymer được gia cường 0.5% hàm lượng sợi được cải thiện tốt nhất. Kết quả thực nghiệm cho thấy giá trị biến dạng của bê tông dùng sợi thay đổi từ 0.0022- tông Hình 1. Mối quan hệ giữa ứng suất – biến dạng trong bê tông sử dụng sợi Sợi tổng hợp, sợi thép và các loại sợi khác đã được nghiên cứu ứng dụng trong bê tông xi măng nhằm gia cường một số tính chất cơ học đã được nghiên cứu từ những năm 1960. Đối với bê tông geopolymer, tác giả Monita Olivia [5] đã nghiên cứu sử dụng sợi poly-propylene cho vào bê tông geopolymer để xác định các đặc tính cơ lý của nó và nhận xét sự bám dính của sợi poly propylene với bê tông geopolymer 60 có sự khác biệt so với bê tông xi măng. Nghiên cứu của Zhang và cộng sự [6] cho thấy khi sử dụng sợi poly –propylene có khả năng gia cường khả năng chịu kéo của vật liệu geopolymer. Sự xuất hiện của vết nứt trong bê tông geopolymer cho thấy rằng sợi có thể tạo nên một hiệu ứng chuyển tiếp qua các lỗ rỗng có hại, các khuyết tật và thay đổi cách mở rộng các vết nứt. Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG Nghiên cứu này sử dụng vật liệu nền là bê tông geopolymer tổng hợp từ tro bay, kết hợp sử dụng sợi poly-propylene có tỷ lệ chiều dài trên đường kính sợi (l/d) thay đổi từ 100 đến 500 với các hàm lượng 0 đến 1.5% để đánh giá khả năng làm việc của sợi trong bê tông geopolymer đến các tính chất của bê tông geopolymer. 2. Nguyên vật liệu và phương pháp thí nghiệm 2.1 Nguyên vật liệu Vật liệu sử dụng chế tạo bê tông geopolymer bao gồm: Tro bay có hàm lượng calcium thấp như là vật liệu nguồn cung cấp alumium-silicate, dung dịch hoạt hóa, cốt liệu là đá dăm và cát. Ngoài ra, sợi poly-propylene được thêm vào với các hàm lượng và tỷ lệ chiều dài sợi trên đường kính sợi (l/d) khác nhau để khảo sát ứng xử của loại bê tông này. Cốt liệu bao gồm đá dăm và cát sông được sử dụng có khối lượng riêng theo thứ tự là 2700 và 2650kg/m3. Cỡ hạt lớn nhất của đá dăm Dmax là 20mm. Cát có mô đun độ lớn 1.85. Tro bay loại F sử dụng có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện, khối lượng riêng 2500 kg/m3, độ mịn 94% lượng lọt qua sàng có cỡ sàng là 0.08 mm. Thành phần hóa học của tro bay được trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Thành phần hóa học của tro bay Thành phần hoá học SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O + Na2O MgO SO3 MKN(*) % khối lượng 51.7 31.9 3.48 1.21 1.02 0.81 0.25 9.63 (*) MKN : mất khi nung Dung dịch hoạt hóa được sử dụng trong thí nghiệm để hoạt hóa quá trình geopolymer hóa của bê tông. Dung dịch này là sự kết hợp giữa sodium hydroxide và sodium silicate. Sodium hydroxide khan có dạng vảy rắn, màu trắng đục, độ tinh khiết trên 90% và khối lượng riêng là 2130kg/m3. Để chế tạo dung dịch sodium hydroxide, NaOH khan được hòa tan vào nước theo nồng độ 16mol/l cho trước, tỷ trọng 1.17 g/cm 3. Dung dịch sodium silicate sử dụng với hàm lượng Na2O và SiO2 dao động từ 36% đến 38%, tỷ trọng 1.42±0.01 g/cm3. nhau. Hình dáng và đặc tính loại sợi trình bày trong hình 2 và bảng 2. a. Sợi poly-propylene Trong phạm vi nghiên cứu, sợi polypropylene được dùng để chế tạo mẫu với nhiều tỷ lệ chiều dài sợi trên đường kính sợi (l/d) khác Loại sợi Đường kính (mm) Bảng 2. Đặc tính sợi sợi poly - propylene Chiều dài Khối lượng Mô đun đàn Tỷ lệ l/d (mm) riêng (kg/m3) hồi (MPa) 5 200 15 300 20 400 25 0.05 Cường độ chịu kéo (MPa) 100 10 Sợi PP Hình 2. Sợi poly - propylene 500 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 1/2016 910 3500 700 61 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG 2.2 Cấp phối Các cấp phối bê tông geopolymer sử dụng dung dịch sodium hydroxide có nồng độ 16 mol/lít, tỷ lệ dung dịch alkaline – tro bay là 0.7, trong đó tỷ lệ dung dịch sodium silicate-dung dịch sodium hydroxide là 2.5. Sợi polypropylene với các tỷ lệ chiều dài – đường kính khác nhau được thêm vào với hàm lượng là 0, 0.5, 1.0 và 1.5% theo thể tích. Tỷ lệ chiều dài – đường kính sợi thay đổi từ 100 đến 500. Cấp phối bê tông geopolymer nền được trình bày trong bảng 3. Bảng 3. Cấp phối cho bê tông geopolymer (kg/m3) Đá dăm Cát Tro bay 1079 556 418 Dung dịch sodium hydroxide 16M 86 Dung dịch sodium silicate 213 Hỗn hợp bê tông geopolymer có sử dụng sợi poly - propylene được chế tạo khuôn hình trụ theo ASTM C39 và ASTM C78. Mẫu sau khi tạo hình được để tĩnh định 2 ngày rồi tháo khuôn và đem dưỡng hộ nhiệt ở 90oC trong 10 giờ để quá trình geopolymer hóa diễn ra. nén theo ASTM C39 với tốc độ gia tải là 0.2MPa/giây. - Thực nghiệm xác địn ...